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3D-LaserlithographieLöschbare Tinte für den 3D-Druck

Lasergeschriebene dreidimensionale Mikrostrukturen lassen sich nun schreiben, auflösen und neu schreiben. (Bild: KIT)

Im 3D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. 

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BiowachspartikelAlternative zu Mikroplastik

Mikroplastik ist im wahrsten Sinne des Wortes in aller Munde. Abrasionspartikel in der Zahnpasta sind nur ein Beispiel für die unterschiedlichsten Anwendungen von Mikroplastik in der Kosmetikindustrie. Doch das Material steht seit einiger Zeit in der Kritik, da es sich in der Umwelt ansammelt und häufig Schadstoffe aufnimmt, die über Umwege auch in den menschlichen Körper gelangen können.

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Biowachspartikel: Alternative zu Mikroplastik

Laut IKW, dem Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel e. V., möchte die Kosmetikindustrie schon in naher Zukunft auf den Einsatz von Mikroplastik verzichten. Fraunhofer UMSICHT stellt mit einem innovativen Verfahren marktfähige Alternativen her, die Oberhausener Forscher setzen dabei auf natürliche Materialien.

Als Mikroplastik werden kleine Plastikteilchen bezeichnet, die zwischen 5 µm und maximal 5 mm groß sind. Sie begegnen uns in unserem täglichen Leben in den verschiedensten Kosmetikprodukten - vom Duschgel über Gesichtscreme bis zur Zahnpasta. Dabei werden die Gefahren, die von Mikroplastik ausgehen, seit längerem diskutiert: Über das Abwasser gelangt es in die Umwelt, wo sich an den Teilchen Schadstoffe, etwa Insektizide wie beispielsweise Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT), anlagern. Wird das Mikroplastik von Muscheln, Krebsen und anderen Meeresbewohnern gefressen, werden die Schadstoffe vom Tier aufgenommen, wo sie Entzündungen und Krankheiten hervorrufen können. Letztlich geraten die Schadstoffe so auch wieder in unsere Nahrungskette. Mikroplastik wurde schon in Honig, Trinkwasser und Bier nachgewiesen.

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Mikroplastik in Kosmetik muss nicht sein
Mikroplastik gelangt auf zwei Wegen in die Umwelt: Zum einen zerfallen größere Plastikgegenstände wie Tüten oder Flaschen durch Sonneneinstrahlung und mechanische Einwirkungen. Das Mikroplastik entsteht also erst mit der Zeit, weswegen es auch als "sekundäres Mikroplastik" bezeichnet wird. Eine andere Quelle sind Produkte, in denen von vornherein Mikroplastik enthalten ist. Hier spricht man von "primärem Mikroplastik". Die für den Peeling-Effekt in Zahnpasta, Duschgels etc. verwendeten Kleinst-Plastikpartikel aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) werden über das Abwasser in die Meere gespült, da sie in Kläranlagen nur schwer herausgefiltert werden können.

Gegen Mikroplastik, das bei der Zersetzung von größeren Kunststoffteilen entsteht, kann zum jetzigen Zeitpunkt nur wenig unternommen werden. "Mikroplastik in Kosmetikprodukten muss jedoch nicht sein", so der Wissenschaftler Dr. Sebastian Pörschke, der bei Fraunhofer UMSICHT zum Thema Biowachspulver und dessen Anwendungsmöglichkeiten forscht, und fügt hinzu: "Hier könnten auch alternative Werkstoffe eingesetzt werden. Sand und Nussschalen zum Beispiel oder Salze. Sand und Nussschalen wirken jedoch sehr abrasiv in den Verarbeitungsanlagen und lassen diese schnell verschleißen; und Salze sind wasserlöslich, weshalb sie nicht für alle Produkte geeignet sind."

An einer besonders vielversprechenden Alternative auf Basis von Biowachsen wird zurzeit bei Fraunhofer UMSICHT gearbeitet. Bienenwachs, Karnaubawachs oder Candelillawachs sind nachwachsende Rohstoffe und - im Gegensatz zu Kunststoffen und Biokunststoffen  in Wasser relativ schnell biologisch abbaubar. Wir nehmen solche Wachse übrigens als Bestandteil vieler Lebensmittel, beispielsweise in Form von Überzügen von Süßigkeiten, nahezu täglich auf.

Biowachspartikel nach Kundenwunsch
Fraunhofer UMSICHT kann mit der vorhandenen Verfahrenstechnik sowohl kaltgemahlene Biowachspulver als auch Pulver mit einem Hochdruckverfahren (PGSS, Particles from Gas Saturated Solutions) herstellen. Die kaltgemahlenen Partikel entsprechen in Größe und Form dem klassischen Mikroplastik. Es handelt sich um kubisch gebrochene Partikelformen, also kompakte Partikel mit geschlossenen Oberflächen.

Die Untersuchung von unterschiedlichen Kosmetikprodukten hat ergeben, dass das enthaltene Mikroplastik häufig eine Partikelgröße von etwa 100 bis 500 µm aufweist. Für die Herstellung dieser Partikelgröße eignet sich auch das Hochdruckverfahren. Das Wachs wird aufgeschmolzen und mit überkritischem Kohlendioxid bei hohen Drücken vermischt. Fraunhofer UMSICHT verwendet Kohlendioxid, das als Abgas bei der Düngemittelherstellung entsteht. Anstatt direkt in die Atmosphäre zu gelangen, wird das Abgas auf diese Weise noch einmal sinnvoll genutzt. Die Mischung wird anschließend durch eine Düse auf Umgebungsdruck entspannt, wobei das Wachspulver entsteht - bei Fraunhofer UMSICHT bis zu 300 kg Pulver pro Stunde. Im Gegensatz zum bisher gängigen Mahlverfahren können so speziell konfektionierte Partikel produziert werden. "Je nach Kundenwunsch sind Kugeln, poröse Partikel, Mikroschwämmchen oder unterschiedliche Fasern möglich, um nur einige Beispiele zu nennen", erklärt Pörschke.

Zurzeit wird in Oberhausen an weiteren Biowachsen wie Beerenwachs, Reiswachs oder auch Sonnenblumenwachs geforscht. Man ist sich einig, mit den pulverisierten Biowachsen zur Lösung des Mikroplastik-Problems beitragen zu können.

Die Biowachspartikel, die mit dem Hochdruckverfahren hergestellt werden, sind nicht nur auf ihre abrasive Wirkung beschränkt, sondern könnten mit einer zusätzlichen Funktion ausgestattet werden. Pörschke: "Mikroschwämme etwa könnten neben ihrer Peeling-Eigenschaft zusätzlich auch als Transportpartikel für flüssige Wirkstoffe dienen." Denkbar sind auch Partikel, in denen eine Flüssigkeit oder ein Feststoff verkapselt sind, die bei Gebrauch gezielt freigesetzt werden.

Die Diskussion um das Thema Mikroplastik und seine vielversprechenden Alternativen bleibt spannend.

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